JP2006521157A - Moire aberration measuring instrument - Google Patents

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Abstract

光学システム(110)の波面収差を測定するための改善されたモアレたわみ計デバイス(100)は、その光学システムの表面領域(112)を照明するための光源(120)、その波面をモアレ縞パターンに変換するたわみ計構成要素(150)に散乱光を指向するための光学リレーシステム(140)、その光学システムの射出瞳(114)およびそのモアレ縞パターンを画像化および表示するためのセンサ/カメラアセンブリ(160)、ならびにその光学システムの射出瞳(114)を照明するための照明源(illumination source)(130)によって改善されている、その光学システムの波面収差を計算するための縞パターン;ならびにそのデバイスの測定軸をその光学システムに一致してかつ正確に整列するような様式で、その照明源と協働するアラインメントシステム(180)を備える。An improved moire deflectometer device (100) for measuring the wavefront aberration of an optical system (110) comprises a light source (120) for illuminating a surface region (112) of the optical system, a moire fringe pattern on the wavefront An optical relay system (140) for directing scattered light to a deflection meter component (150) that converts to an optical sensor, an exit pupil (114) of the optical system and a sensor / camera for imaging and displaying the moire fringe pattern A fringe pattern for calculating the wavefront aberration of the optical system, improved by an illumination source (130) for illuminating the assembly (160) and the exit pupil (114) of the optical system; and Align the measurement axis of the device with the optical system and accurately align it In so that manner, it comprises an alignment system (180) which cooperates with the illumination source.

Description

(発明の背景)
(発明の分野)
本発明は、主に、眼の波面感知装置および方法に関し、より具体的には、波面センサ装置およびモアレたわみ計の原理に基づく方法に関する。
(Background of the Invention)
(Field of Invention)
The present invention relates primarily to an eye wavefront sensing apparatus and method, and more specifically to a wavefront sensor apparatus and method based on the moire deflection meter principle.

(関連技術の記載)
10次のZernike項までの眼の波面収差の測定は、眼科学の分野で、特に、LASIK、LASEK、PRKなどの外科手術手順屈折性外科手術に関して、増えつつある応用が継続して見出されている。視力矯正のために、ひとの角膜をどのように最良に再度形作るかを決定するために、角膜の局所解剖構造を単に測定するだけでは、もはや十分ではない。そしてパキメトリーデバイスおよび光線追跡技術と組み合わせて使用される角膜の局所解剖システムは、ひとの眼および視力の問題について多くの情報を提供し得る一方で、収差測定法は、それだけで、その眼の光学システム全体の視覚障害についての独特の情報を提供する。波面感知は、伝統的な焦点ぼけおよび乱視の矯正のための対象物屈折測定(objective refraction measurement)から、注文に応じて作った眼科用レンズ(例えば、コンタクトレンズ、IOLなど)の作製および注文に応じたレーザー切除処置(これは、ヒトの眼の理論上の限界まで視力改善を提供する能力を有する)への寄与までの範囲にわたる応用を有する。
(Description of related technology)
Measurement of eye wavefront aberrations up to the 10th-order Zernike term continues to find increasing applications in the field of ophthalmology, particularly with respect to refractive procedures such as LASIK, LASEK, PRK and other surgical procedures. ing. For vision correction, it is no longer sufficient to simply measure the local anatomy of the cornea to determine how best to reshape the human cornea. And while the corneal topography system used in combination with pachymetry devices and ray tracing technology can provide a lot of information about human eye and vision problems, aberration measurement is by itself Provides unique information about the visual impairment of the entire optical system. Wavefront sensing is used to create and order custom ophthalmic lenses (eg contact lenses, IOLs, etc.) from traditional refraction measurements for the correction of defocus and astigmatism. It has a range of applications up to its contribution to the corresponding laser ablation procedure, which has the ability to provide vision improvement to the theoretical limit of the human eye.

収差計およびこれが機能する原理は、一般に、4つのタイプに分類され得る:(1)射出(out−going)(例えば、Hartmnam−Shack);(2)二重光路(double−pass)(例えば、スリットスキオスコピー(slit skioscopy));(3)入射(in−going)調節性(例えば、空間分解型屈折計(spatially resolved refractometer));および(4)網膜画像収差測定法(例えば、Tscherning,Tracey)。現在市販されている環境において、Hartmann−Shack波面センサに基づく収差測定法が、最も一般的に行われている。しかし、Hartmann−Shack、および種々の市販のデバイスにおいて具体化されている他の波面測定原理は、各々、比較的識別可能な利点および欠点を有する。興味のある(interested)読み手は、First International Congress of Wavefront Sensing and Aberration−Free Refractive Correctionの議事録に基づいて、眼科的収差測定法の詳細な総説を提供する、Journal of Refractive Surgery,Vol,16,No.5(September/October 2000)に指示される。   The aberrometer and the principle on which it works can generally be classified into four types: (1) out-going (eg, Hartmnam-Shack); (2) double-pass (eg, Slit skioscopy); (3) in-going accommodation (eg, spatially resolved refractometer); and (4) retinal image aberration measurement methods (eg, Tschering, Tracey). In the environment currently on the market, aberration measurement methods based on Hartmann-Shack wavefront sensors are most commonly performed. However, Hartmann-Shack and other wavefront measurement principles embodied in various commercially available devices each have relatively identifiable advantages and disadvantages. Interesting readers will provide a detailed review of urf, which provides a detailed review of ophthalmic aberration measurements based on the minutes of First International Congress of Wavefront Sensing and Aberration-Free Refractive Correction, ur f No. 5 (September / October 2000).

眼科的波面感知および分析は、上記の分類に決して限定されない。精神物理学分野の研究者(例えば、いくらか挙げると、1960年代においてはSmirnov、80年代中頃においてはHowland、ならびに80年代後期から90年代中頃においてはLiangおよびWilliams)は、眼の収差データを獲得および分析するために、種々の光学原理を使用した。同様に、眼科的応用のための非常に多くのノウハウが、天文学、戦略的防衛構想、および光学レンズ試験の分野から転用された。   Ophthalmic wavefront sensing and analysis is in no way limited to the above classifications. Researchers in the field of psychophysics (for example, Smirnov in the 1960s, Howland in the mid-1980s, and Liang and Williams in the late 80s and mid-90s) acquired ocular aberration data and Various optical principles were used for analysis. Similarly, a great deal of know-how for ophthalmic applications has been transferred from the fields of astronomy, strategic defense initiatives, and optical lens testing.

国際特許出願公開WO92/01417において、Horwitzは、自動化両眼用視力測定ならびにモアレ縞生成および分析による矯正(一般に、モアレたわみ計として公知)を議論した。この公報は、眼の256までの収差を測定する性能を有すると主張して、両眼用装置と、注文に応じて作られる眼科用レンズの設計および製造、ならびにレーザー屈折外科手術に対するこの技術の応用とを記載した。1999に、Horwitzの米国特許第5,963,300号は、モアレたわみ測定法に一部基づいた眼用のバイオメーターを開示し、波面収差情報を提供するためのフーリエ分析の限定された教示を含んでいた。その’300特許の発行にも拘わらず、眼の波面感知に対する技術の応用は、未だ他に何かを必要とするようであった。その何かは、Quirogaら,Fourier transform method for automatic processing of moire deflectograms,Opt.Eng.38(6)974−982 (June 1999)によって、少なくとも一部明らかに提供された。   In International Patent Application Publication No. WO 92/01417, Horwitz discussed automated binocular vision measurement and correction by moire fringe generation and analysis (commonly known as a moire deflection meter). This publication claims to have the ability to measure up to 256 aberrations of the eye, and the design and manufacture of binocular devices and ophthalmic lenses made to order, as well as of this technology for laser refractive surgery. Application was described. In 1999, Horwitz U.S. Pat. No. 5,963,300 discloses an ophthalmic biometer based in part on the moire deflection measurement method and provides a limited teaching of Fourier analysis to provide wavefront aberration information. Included. Despite the issuance of the '300 patent, the application of technology to eye wavefront sensing still seemed to require something else. Something is described in Quiroga et al., Fourier transform method for automatic processing of moire defractograms, Opt. Eng. 38 (6) 974-982 (June 1999).

Hartmann−Shack型の収差計の測定限界およびそれらのサイズ、費用および複雑さが、当業者が十分に認識している論点である。本発明者は、モアレたわみ計の装置および方法に対する改善が、有利なことに、現在の収差計技術に関連した論点の多くに取り組むことができることを認識した。従って、本明細書は、本発明者がより良好な分離能、より高い信頼性、および正確な分析性能を有する波面測定を提供すると考える、Hartmann−Shack型および他の市販の眼科用収差計システムよりも単純で、安価、かつ丈夫な改善されたモアレたわみ計装置および方法を開示する。   The measurement limits of Hartmann-Shack type aberrometers and their size, cost and complexity are issues that are well recognized by those skilled in the art. The inventor has recognized that improvements to the moire deflectometer apparatus and method can advantageously address many of the issues associated with current aberrometer technology. Accordingly, the present specification provides a Hartmann-Shack type and other commercially available ophthalmic aberrometer systems that the inventor believes to provide wavefront measurements with better resolution, higher reliability, and accurate analytical performance. An improved moire deflection meter apparatus and method that is simpler, less expensive and more robust is disclosed.

(発明の要旨)
本発明の実施形態は、光学システム(好ましくは、生きているヒトの眼および較正目的が意図された試験対象物の)波面収差を測定するためのデバイスに関する。本発明によって具体化されたデバイスは、モアレたわみ計の原理に基づく。モアレたわみ計は、試験中の光学システムの選択された表面領域を証明するために使用される光源、その光学システムの表面領域から散乱した光源の証明を、その光学システムからの射出波面をモアレ縞パターンに変換するたわみ計へと指向するための光学リレーシステム、そのモアレ縞パターンを検出するセンサ/カメラアセンブリ、およびその光学システムの波面収差を計算するために使用される縞パターン分析器を備え、ここでそのデバイスに対する改善は、その光学システムの射出瞳を証明するために使用される照明源、および試験中の光学システムを、そのデバイスの規定された測定軸に一致してかつ正確に整列させる能力を提供するアラインメントシステムによって特徴づけられる。本発明の実施形態の好ましい局面は、以下を包含する:その光源は、その光学システムの前側表面(例えば、涙液膜/角膜)における約1mmまでの回折限界サイズよりも大きい断面直径を有する平行ビームの形態にあるコヒーレント光を発する。その前側表面における平行ビームの伝搬軸は、約1mmだけその光学システムの光学軸から平行にずらされる。好ましい波長は、約780nmである。そのたわみ計は、相互に直交性の周期的なグリッドラインを有する第1の正方形グリッド、および第2の(好ましくは同一の)正方形グリッドを備える。その2つの正方形グリッドは、その光学軸上に位置し、その第1のグリッドのグリッドラインは、そのセンサ/カメラアセンブリにおける検出器のアラインメントに対応して、デカルト座標系のx−y平面におけるx軸およびy軸に沿って整列されている。その第2の正方形グリッドは、その第1の正方形グリッドの下流にある1倍以上のトールボット距離に位置し、第1のグリッドに対して0°と90°との間の角度θ(しかし両端を含まない)でx−y平面で回転される。そのセンサ/カメラアセンブリは、好ましくは、そのモアレ縞パターンをその検出器に焦点を合わせるためのレンズと関連づけられたCCD検出器カメラである。その照明源は、好ましくは、遠IR源を制御可能であり、その波面測定のアラインメント相の間にその光学システムの射出瞳の均一な照明を提供し、波面測定値の獲得相の間にその光学システムの射出瞳を照明することができない。そのデバイスはさらに、好ましくは、そのデバイスの測定軸に沿ってその射出瞳の中心位置の識別を提供するために、そのカメラディスプレイにソフトウェア生成十字線の印を有するアラインメントシステムを備える。
(Summary of the Invention)
Embodiments of the present invention relate to a device for measuring wavefront aberrations of an optical system (preferably in a living human eye and a test object intended for calibration purposes). The device embodied by the present invention is based on the moire deflection meter principle. The Moire flexometer is a light source used to prove the selected surface area of the optical system under test, a proof of the light source scattered from the surface area of the optical system, and a moiré fringe of the exit wavefront from the optical system. An optical relay system for directing to a deflection meter that converts to a pattern, a sensor / camera assembly that detects the moire fringe pattern, and a fringe pattern analyzer used to calculate the wavefront aberration of the optical system; The improvement here is that the illumination source used to prove the exit pupil of the optical system, and the optical system under test are aligned and precisely aligned with the defined measurement axis of the device. Characterized by an alignment system that provides capabilities. Preferred aspects of embodiments of the present invention include: The light source is a parallel having a cross-sectional diameter greater than the diffraction limited size up to about 1 mm at the front surface (eg, tear film / cornea) of the optical system. It emits coherent light in the form of a beam. The propagation axis of the parallel beam at its front surface is offset parallel to the optical axis of the optical system by about 1 mm. A preferred wavelength is about 780 nm. The deflection meter comprises a first square grid having periodic grid lines orthogonal to each other and a second (preferably identical) square grid. The two square grids are located on the optical axis, and the grid lines of the first grid correspond to the detector alignment in the sensor / camera assembly, corresponding to x in the xy plane of the Cartesian coordinate system. Aligned along the axis and the y-axis. The second square grid is located at a Talbot distance of 1 or more times downstream of the first square grid and is at an angle θ between 0 ° and 90 ° with respect to the first grid (but at both ends) In the xy plane. The sensor / camera assembly is preferably a CCD detector camera associated with a lens for focusing the moiré fringe pattern on the detector. The illumination source is preferably controllable to a far IR source and provides uniform illumination of the exit pupil of the optical system during the alignment phase of the wavefront measurement, and during the acquisition phase of the wavefront measurement. The exit pupil of the optical system cannot be illuminated. The device further preferably includes an alignment system having software generated crosshair markings on the camera display to provide identification of the center position of the exit pupil along the measurement axis of the device.

本発明は、以下の詳細な説明からより容易に明らかになる。しかし、詳細な説明および具体的実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すものの、例示として与えられているに過ぎないことが理解されるべきである。なぜなら、本発明の趣旨および範囲内で種々の変更および改変が、詳細な説明および図面および添付の特許請求の範囲に基づいて、当業者に明らかになるからである。   The present invention will become more readily apparent from the following detailed description. However, it should be understood that the detailed description and specific examples, while indicating the preferred embodiment of the invention, are given by way of illustration only. This is because various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention will become apparent to those skilled in the art based on the detailed description and drawings, and appended claims.

(発明の好ましい実施形態の詳細な説明)
本発明に従うモアレ波面センサ装置100の実施形態が、図1に例示される。このデバイス(本質的には、モアレたわみ計)は、光学システム110の波面収差を測定および分析する。目的の光学システムは、生きているヒトの眼および較正目的の試験対象物を含むが、本発明は、これらの対象物の測定に限定されない。そのシステム110は、単一光路波面測定システムとして機能し、この用語は、当該分野で理解されている。すなわち、適切なスポット直径の光の点放射源が、その光学システムの後側拡散表面112;すなわち、網膜に作製される。その後側表面112は、波面125の形態において、その光学システム110を通って、そこから離れる光の小さな点を拡散するように反射および散乱させる。
Detailed Description of the Preferred Embodiments of the Invention
An embodiment of a moire wavefront sensor device 100 according to the present invention is illustrated in FIG. This device (essentially a Moire flexometer) measures and analyzes the wavefront aberration of the optical system 110. The optical system of interest includes living human eyes and test objects for calibration purposes, but the present invention is not limited to measuring these objects. The system 110 functions as a single optical path wavefront measurement system, which term is understood in the art. That is, a point source of light of the appropriate spot diameter is created on the back diffusing surface 112 of the optical system; ie, the retina. The rear surface 112 reflects and scatters in the form of a wavefront 125 to diffuse small points of light away from it through the optical system 110.

本明細書に開示される装置の作動の基本的原理は、トールボット画像化に基づく。トールボット画像化は、周期的対象物(periodic object)(例えば、透過型回折格子)で起こる回折現象である。平面波による適切な照明の下では、その対象物の完全なレプリカが、図2に例示されるように、トールボット平面といわれる固定された距離で現れる。そのトールボット平面Zの位置は、その対象物の周期(period)pおよび関係Z=pj/λに従う光の波長λに依存する。その照明されている波面がたわんでいる場合、そのトールボット画像は、図3に例示されるようにひずんでいる。ひずみの量は、その対象物のグリッド配向に対して垂直な方向における波面傾斜に基づく。交差した格子(図4に例示され、以下に詳述される)は、2つの直交性方向においてその波面傾斜を回復するために使用され得る。大きな格子周期については、そのひずんだトールボット画像が獲得され得、便宜的に分析され得る。しかし、分解能を増すために、より細かい格子周期が、第2の格子をその後のトールボット平面のうちの1つに位置づけ、その第1の格子対象物の平面においてその第2の格子を回転させることによって、使用され得る。このことは、図5に例示されるように、モアレ効果を生じる。そのそのひずんだトールボット画像および第2の格子の重ね合わせは、モアレ縞パターンを生じる。そのモアレパターンの形状は、図6に例示されるように、その波面の傾斜に関連する。 The basic principle of operation of the device disclosed herein is based on Talbot imaging. Talbot imaging is a diffraction phenomenon that occurs on a periodic object (eg, a transmissive diffraction grating). Under appropriate illumination with plane waves, a complete replica of the object appears at a fixed distance, referred to as the Talbot plane, as illustrated in FIG. The position of the Talbot plane Z j depends on the period p of the object and the wavelength λ of light according to the relationship Z j = p 2 j / λ. If the illuminated wavefront is deflected, the Talbot image is distorted as illustrated in FIG. The amount of distortion is based on the wavefront slope in a direction perpendicular to the grid orientation of the object. Crossed gratings (illustrated in FIG. 4 and detailed below) can be used to recover their wavefront slopes in two orthogonal directions. For large grating periods, the distorted Talbot image can be acquired and analyzed for convenience. However, to increase the resolution, a finer grating period positions the second grating in one of the subsequent Talbot planes and rotates the second grating in the plane of the first grating object. Can be used. This produces a moire effect as illustrated in FIG. The superposition of the distorted Talbot image and the second grid produces a moire fringe pattern. The shape of the moire pattern is related to the inclination of the wavefront, as illustrated in FIG.

その装置100は、その光学システム110の選択された表面領域112を照明するために適した光源120、その光学システムの表面領域から散乱した光をたわみ計150に指向するための光学リレーシステム140(これは、射出波面125からのモアレ縞パターン500を生成する)を備える。センサ/カメラアセンブリ160が提供され、モアレ縞パターン(これは、縞パターン分析器170(例えば、プログラムされたパーソナルコンピューター)によって分析して、視力測定および視力矯正の方法および装置に関連した種々の有利な目的のために波面収差情報を提供し得る)を獲得するような様式で、整列される。そのデバイス100は、その光学システムの射出瞳114の照明の画像化を提供するための照明源130、および示されるデバイスと関連づけられた座標系190に関連した一致したアラインメントおよび測定を促進するアラインメントシステム180をさらに備える。そのデバイスは、図1に示されるデカルト座標系に関連した配向を有する;すなわち、z軸185は、represents the そのデバイスの測定軸を示し、種々のレンズ、格子および検出器/カメラは、x軸およびy軸に対して整列させたx−y平面にある。   The apparatus 100 includes a light source 120 suitable for illuminating a selected surface area 112 of the optical system 110, an optical relay system 140 (for directing light scattered from the surface area of the optical system to a flexure 150. This produces a moire fringe pattern 500 from the exit wavefront 125). A sensor / camera assembly 160 is provided and analyzed by a moire fringe pattern, which is analyzed by a fringe pattern analyzer 170 (eg, a programmed personal computer) to provide various advantages associated with vision measurement and vision correction methods and apparatus. Can be provided in such a manner as to obtain wavefront aberration information for a specific purpose. The device 100 includes an illumination source 130 for providing illumination imaging of the exit pupil 114 of the optical system, and an alignment system that facilitates consistent alignment and measurements associated with a coordinate system 190 associated with the device shown. 180 is further provided. The device has an orientation relative to the Cartesian coordinate system shown in FIG. 1; that is, the z-axis 185 represents the representations the measurement axis of the device, and the various lenses, gratings and detectors / cameras can be And in the xy plane aligned with respect to the y-axis.

本発明に従う好ましい実施形態において、その光学システム110は、生きているヒトの眼であり、その後側表面の表面領域112は、その眼の網膜表面の中心窩領域である。光源120は、実質的に光の点放射源の形態で、その光学システムの選択された表面領域を照明するように、照明する。その光源120は、好ましくは近IRスペクトルにある波長を有するコヒーレント光を発する、当業者に公知の任意の適した光源であり得る。その波長範囲は、好ましくは約770nm〜790mnの間であり、最も好ましくは約780nmである。照明121は、その光学システムの前側表面116またはその付近において、約1mmまでの回折限界量よりもわずかに大きい範囲の断面ビーム直径を有する光の平行ビームの形態にあることように、周知の手段によって、その光源120の内部または外部のいずれかから調節される。好ましい眼科的実施形態において、その眼に入射する平行光は、眼の角膜/涙液膜表面において、約300ミクロンと約1000ミクロンとの間、より好ましくは、約600ミクロンと1000ミクロンとの間のビーム直径を有する。その平行入射ビーム121は、好ましくは、約1mmの距離だけシステムz軸185に対して平行にずれた伝搬軸118を有する。その入射ビームのずれは、鏡面反射;例えば、角膜表面からの第1のプルキンエ画像、および測定されるべき波面情報を含む弱い網膜反射を覆い隠し得る、その光学システムの他の表面からの反射、を排除する。角膜表面における小さなずれおよび小さなビーム直径が、入射ビームの角膜誘導性収差を減少させることは、当業者によって理解される。   In a preferred embodiment according to the present invention, the optical system 110 is a living human eye and the surface area 112 of the posterior surface is the foveal area of the retinal surface of the eye. The light source 120 illuminates to illuminate selected surface areas of the optical system substantially in the form of a point source of light. The light source 120 may be any suitable light source known to those skilled in the art that emits coherent light, preferably having a wavelength in the near IR spectrum. The wavelength range is preferably between about 770 nm and 790 nm, most preferably about 780 nm. Well known means such that the illumination 121 is in the form of a collimated beam of light having a cross-sectional beam diameter in a range slightly larger than the diffraction limit up to about 1 mm at or near the front surface 116 of the optical system. Is adjusted from either inside or outside the light source 120. In preferred ophthalmic embodiments, the collimated light incident on the eye is between about 300 microns and about 1000 microns, more preferably between about 600 microns and 1000 microns at the cornea / tear membrane surface of the eye. Beam diameter. The collimated beam 121 preferably has a propagation axis 118 that is offset parallel to the system z-axis 185 by a distance of about 1 mm. The deviation of the incident beam is a specular reflection; for example, a reflection from the other surface of the optical system that can obscure a first Purkinje image from the corneal surface and a weak retinal reflection containing the wavefront information to be measured, Eliminate. It will be appreciated by those skilled in the art that small deviations in the corneal surface and small beam diameter reduce the corneal inductive aberrations of the incident beam.

正視眼において、眼に入射する平面波面は、網膜表面上の点に集められることが周知である。しかし、近視眼または遠視眼は、それぞれ、その網膜の前または後ろの点で同じ入射波面の焦点を集め、その結果、その網膜表面上の光点は、もはや波面誤差の都合のよい測定値またはさらにあり得る測定値に適したサイズの点放射源ではない。本明細書で開示されるように、小さな直径の入射ビーム(光源と対象物との間の光路においていかなる屈折構成要素の必要性をも排除することに起因して、直接入射といわれる)は、外部の焦点合わせオプティクスも偏光オプティクスも、または光路長調節も使用することなく、近視および遠視の焦点ぼけの問題を回避することが実証された。好ましい屈折光学測定範囲は、−12〜+6ジオプトリの間であり、より好ましくは、±20Dの間である。照明光の直接入射は、同時係属中の特許出願番号10/027377(標題 ABERROMETER ILLUMINATION APPARATUS AND METHOD(2001年12月21日に出願され、本出願人と共有に係る)に記載される。興味がある読み手はまた、軸がずれた照明を伴う波面センサの詳細な議論についてWilliamsら、米国特許第6,264,328号に指示される。これらの参考文献はともに、適用可能な特許法および規則によって許可される程度まで十分に、本明細書に参考として援用される。   It is well known that in a normal eye, the plane wavefront incident on the eye is collected at points on the retina surface. However, myopic or hyperopic eyes, respectively, focus the same incident wavefront at a point in front or behind the retina, so that the light spot on the retina surface is no longer a convenient measure of wavefront error or even It is not a point radiation source of a size suitable for possible measurements. As disclosed herein, a small diameter incident beam (referred to as direct incidence due to eliminating the need for any refractive components in the optical path between the light source and the object) It has been demonstrated to avoid the problem of defocusing myopia and hyperopia without using external focusing optics, polarization optics, or optical path length adjustment. The preferred refractive optical measurement range is between -12 and +6 diopters, more preferably between ± 20D. Direct incidence of illumination light is described in co-pending patent application no. 10/0273777 (titled ABERROMETER ILLUMINATION APPARATUS AND METHOD, filed on Dec. 21, 2001 and shared with the applicant). One reader is also directed to Williams et al., US Patent No. 6,264,328 for a detailed discussion of wavefront sensors with off-axis illumination, both of which are applicable patent laws and regulations. Fully incorporated herein by reference to the extent permitted by.

眼の網膜表面または光学システムの後側表面は、拡散するように反射し、かつ光の点放射源を散乱させて、たわみのある波面125を形成し、その光学システムから離れて移動する。当業者に周知のリレーシステム140は、波面125の伝搬を以下に記載されるたわみ計150に指向する。   The retinal surface of the eye or the posterior surface of the optical system reflects diffusely and scatters the point source of light to form a flexible wavefront 125 that moves away from the optical system. A relay system 140, well known to those skilled in the art, directs propagation of the wavefront 125 to a deflection meter 150 described below.

そのたわみ計150は、2つの構成要素151、151’から構成される。その構成要素は、各々、等しく周期的に直交性のグリッドライン152、152’のグリッドを有する;例えば、各構成要素は、図7に示されるように、交差した正方形格子の網線である(本明細書では、第1の正方形グリッド151および第2の正方形グリッド151’といわれる)。そのグリッドライン152(152’)は、好ましくは、ガラス基質にレーザーエッチングされるが、本発明に従う構築物においてこのように限定されない。その正方形グリッド151、151’は、好ましくは、同一である。その同一の正方形グリッド151は、その測定軸185に沿って位置づけられて、図1に示されるように、左から右へ移動する波面125を切り取る。図4により詳細に例示されるように、第1の正方形グリッド151は、x−y平面において整列され、その結果、水平グリッドラインは、x軸に対して平行であり、垂直グリッドラインは、そのデバイス座標系のy軸に対して平行である。センサ/カメラアセンブリ160の検出器部分はまた、x−y平面において、第1の正方形グリッド151との実質的に同一のアラインメントの中にあるこのが最も好ましい。これらのアラインメントを結合することができないと、不可能でないにしても、x軸およびy軸に沿って測定された収差を分離(decouple)することが困難になる。これは、眼科的波面感知の応用に好ましい。直前に記載されている同時アラインメント(coalignment)は、そのデバイスの構造的に固定された特性であり得る。第2の正方形グリッド151’は、距離nTだけ図1に示されるようにz軸に沿って第1の正方形グリッドの下流にずれており、ここでTはトールボット距離であり、nは、整数である。好ましい実施形態において、n=1である。そのデバイスにおいて、その第2の正方形グリッド151’は、第1の構成要素に対して角度θ(ここで0°<θ<90°)だけx−y平面において選択的にかつ固定して傾けられる。Quirogaら,Fourier transform method for automatic processing ofmoire deflectograms,Opt.Eng.38(6)974−982(June 1999)(最大限認められる範囲まで本明細書にその全体が参考として援用される)により、格子の代表的な配置(ここでそれらの格子は、θ/2および−θ/2だけ基準軸に対して対称的に格子が回転する)は、その波面勾配のx成分およびy成分を完全に分離するには十分に適していないことが示された。そのたわみについて得られた結果は、以下:   The deflection meter 150 includes two components 151 and 151 '. The components each have a grid of equally periodically orthogonal grid lines 152, 152 ′; for example, each component is a mesh of crossed square grids as shown in FIG. In the present specification, they are referred to as a first square grid 151 and a second square grid 151 ′). The grid lines 152 (152 ') are preferably laser etched into the glass substrate, but are not so limited in the construction according to the present invention. The square grids 151, 151 'are preferably identical. The same square grid 151 is positioned along its measurement axis 185 to cut out a wavefront 125 that moves from left to right as shown in FIG. As illustrated in more detail in FIG. 4, the first square grid 151 is aligned in the xy plane so that the horizontal grid lines are parallel to the x axis and the vertical grid lines are Parallel to the y-axis of the device coordinate system. Most preferably, the detector portion of the sensor / camera assembly 160 is also in substantially the same alignment with the first square grid 151 in the xy plane. Failure to combine these alignments makes it difficult to decouple aberrations measured along the x and y axes, if not impossible. This is preferred for ophthalmic wavefront sensing applications. The just described coalignment may be a structurally fixed characteristic of the device. The second square grid 151 ′ is offset downstream of the first square grid along the z-axis by a distance nT as shown in FIG. 1, where T is the Talbot distance and n is an integer It is. In a preferred embodiment, n = 1. In the device, the second square grid 151 ′ is selectively and fixedly tilted in the xy plane by an angle θ (where 0 ° <θ <90 °) with respect to the first component. . Quiroga et al., Fourier transform method for autoprocessing processing, opt. Eng. 38 (6) 974-982 (June 1999), which is hereby incorporated by reference in its entirety to the fullest extent permitted, where the typical arrangement of the lattices, where the lattices are θ / 2 And the rotation of the grating symmetrically with respect to the reference axis by −θ / 2) has been shown to be not well suited to completely separate the x and y components of the wavefront gradient. The results obtained for the deflection are as follows:

Figure 2006521157
である。これらの等式は、グリッドについての標準的な対称的配置を用いると、x方向およびy方向におけるたわみの完全な分離を得ることができないことを示す。θ=0の場合、そのたわみは、分離されるが、その縞出力のフーリエ分析に必要とされる空間的キャリアは存在しない。最も大きな空間的キャリアが、好ましい。従って、θは、sinθ/2≠0である程度に十分な値でなければならず、θmaxは、CCDアレイのサイズおよびグリッド間隔Pのサイズに依存する。なぜなら、その増幅定数(amplification factor)P’=P/θであるからである。θが大きすぎると、CCDアレイ上で縞を画像化することが困難になり得る。θが小さすぎると、その空間的キャリアが危険になる。モアレたわみ計および分析のより詳細な議論に興味のある読み手は、KafriおよびGlatt 標題The Physics of Moire Metrology,John Wiley & Sons,New York(1990)(最大限認められる範囲まで本明細書にその全体が参考として援用される)によりそのテキストに指示される。
Figure 2006521157
It is. These equations show that with standard symmetric arrangements for the grid, complete separation of deflections in the x and y directions cannot be obtained. When θ = 0, the deflection is separated, but there is no spatial carrier required for Fourier analysis of the fringe output. The largest spatial carrier is preferred. Therefore, θ must be a value sufficiently large so that sin θ / 2 ≠ 0, and θ max depends on the size of the CCD array and the grid interval P. This is because the amplification factor P ′ = P / θ. If θ is too large, it may be difficult to image the stripes on the CCD array. If θ is too small, the spatial carrier becomes dangerous. Readers interested in a more detailed discussion of Moire flexometers and analysis should read Kafri and Glatt title The Physics of Moire Metrology, John Wiley & Sons, New York (1990) (to the fullest extent permitted herein) Is incorporated into the text by reference).

縞パターンセンサ/カメラアセンブリ160(好ましくは、CCD検出器およびカメラを備える)が、部分的に、モアレ縞を検出し、このデータを縞分析器170に送る提供される。そのセンサ/カメラアセンブリ160はまた、その光学システムの射出瞳;すなわち、眼の瞳孔を画像化および表示するために使用される。この点で、そのデバイス100は、照明源130および協働して係合されるアラインメントシステム180をさらに備える。照明源130によって発せられた光は、射出瞳平面を均一に照明するべきである。その光は、光応答に起因して瞳孔サイズを変化させないが、同時にその射出瞳を画像化するためのカメラによって検出可能である波長範囲の遠IRスペクトルの中にある。約880nmの波長が、有効であることが示されるが、他の波長もまた、当業者が認識するように、使用され得る。作動時に、その照明源は、患者の目のアラインメントの間に照明モード(オン)にある。その波面測定が行われている間(測定モードといわれる)、その照明源は、非照明モード(オフ、またはそうでなければ、眼が照明されないようにされる)にある。例示的実施形態において、その照明源は、その射出瞳平面を一様に照明するように適切に配置されたLEDの完全な環または部分的な環の形態である。   A fringe pattern sensor / camera assembly 160 (preferably comprising a CCD detector and camera) is provided in part to detect moire fringes and send this data to the fringe analyzer 170. The sensor / camera assembly 160 is also used to image and display the exit pupil of the optical system; ie, the pupil of the eye. In this regard, the device 100 further comprises an illumination source 130 and an alignment system 180 that is cooperatively engaged. The light emitted by the illumination source 130 should illuminate the exit pupil plane uniformly. The light does not change the pupil size due to the light response, but at the same time is in the far IR spectrum in the wavelength range that can be detected by the camera to image the exit pupil. Although a wavelength of about 880 nm has been shown to be effective, other wavelengths can also be used, as one skilled in the art will recognize. In operation, the illumination source is in illumination mode (on) during patient eye alignment. While the wavefront measurement is taking place (referred to as measurement mode), the illumination source is in a non-illumination mode (off or otherwise prevented from illuminating the eye). In an exemplary embodiment, the illumination source is in the form of a full or partial ring of LEDs suitably arranged to illuminate the exit pupil plane uniformly.

波面収差を正確にかつ一致して測定する目的で、デバイス100の測定軸185と、測定されるべき眼の間を、正確にかつ一致して整列させなければならない。この光学システムの射出瞳が適切に中心合わせおよび整列されない場合、この射出瞳の画像は、通常は円形の画像として現れ得るが、この画像は、誤アラインメントに起因して、気付かずにぼやけ得る。このデバイスを一致して中心合わせおよび整列させることの失敗は、測定値が得られるごとに、測定されている眼からの、異なる間違った波面測定を生じ得る。アラインメントシステム180および関連する手順の一部分として、図8に図示されるような十字線の印315が提供されて、射出瞳114をこのデバイスの測定軸185に対して中心合わせする際に補助する。この瞳は、カメラ160を通して直接観察され得る。好ましい実施形態において、十字線の印は、ソフトウェアで実行され、そして眼の瞳の画像とともに表示されて、使用者が、この瞳の中心に繰り返し焦点を合わせることを可能にする。他のアラインメントスキームが可能である。例えば、視軸が、瞳の中心の代わりにアラインメントのために使用され得る。重要な点は、射出瞳をそれぞれ、測定がなされるごとに、一致して整列させることである。   In order to accurately and consistently measure wavefront aberration, the measurement axis 185 of the device 100 and the eye to be measured must be accurately and consistently aligned. If the exit pupil of the optical system is not properly centered and aligned, the exit pupil image may appear as a normally circular image, but this image may be unnoticeably blurred due to misalignment. Failure to center and align the device consistently can result in different wrong wavefront measurements from the eye being measured each time a measurement is taken. As part of the alignment system 180 and associated procedures, a crosshair mark 315 as illustrated in FIG. 8 is provided to assist in centering the exit pupil 114 with respect to the measurement axis 185 of the device. This pupil can be observed directly through the camera 160. In a preferred embodiment, the crosshair mark is implemented in software and displayed with an image of the eye pupil to allow the user to focus repeatedly on the center of the pupil. Other alignment schemes are possible. For example, the visual axis can be used for alignment instead of the center of the pupil. The important point is to align the exit pupils consistently as each measurement is made.

このデバイスの光学部品(レチクル、レンズ、検出器など)は、8mmまでの直径を有する射出瞳を好ましく測定するために十分であるべきである。この大きさは、注文に応じたレンズまたは屈折手術(例えば、注文に応じたLASIK、LASEK、PRKなど)より高次の収差の測定および補正のための、実質的な瞳の直径を表す。より大きい直径の測定能力が、望ましくあり得る。±20ジオプターの動的測定範囲が、好ましい。   The optical components of the device (reticle, lens, detector, etc.) should be sufficient to preferably measure exit pupils having a diameter of up to 8 mm. This magnitude represents the substantial pupil diameter for measurement and correction of higher order aberrations than custom lenses or refractive surgery (eg, custom LASIK, LASEK, PRK, etc.). Larger measurement capabilities may be desirable. A dynamic measurement range of ± 20 diopters is preferred.

縞パターン分析器170は、センサ160と協働的に係合され、そして検出されるモアレ縞の分析に基づいて、波面の収差を計算するようにプログラムされる。波面収差計算のための、モアレ縞パターンの輪郭(トールボット干渉図、影のパターン)の分析手順は、Herwitzの米国特許第5,963,300号(最大限認められる範囲まで、その全体が本明細書中に参考として援用される)において提供された。本質的に、この分析は、縞(モアレ、トールボット、フレスネル、影など)のパターンを検出し、それをデジタル化する工程;空間敵領域からのデジタル画像を、空間的周波数領域に変換する工程;優勢な倍音を決定する工程;この優勢な倍音を、規定された軸における波面図に相関付ける工程;三次元光学領域波面図を計算する工程;ならびに得られた測定値を分析する工程を包含した。モアレたわみ図は、Quirogaら(同書)によって提供される。当業者は、Quirogaらの教示を使用して、たわみ図における位相情報から波面情報を抽出するために適切なソフトウェアを開発し得る。   The fringe pattern analyzer 170 is cooperatively engaged with the sensor 160 and is programmed to calculate wavefront aberrations based on an analysis of the detected moire fringes. The analysis procedure for Moire fringe pattern contours (Talbot interferograms, shadow patterns) for wavefront aberration calculations is described in Herwitz US Pat. No. 5,963,300 (to the fullest extent possible). (Incorporated herein by reference). In essence, this analysis detects the pattern of fringes (moire, Talbot, Fresnel, shadows, etc.) and digitizes it; transforms the digital image from spatial enemy regions into the spatial frequency domain. Determining the dominant harmonic; correlating the dominant harmonic with a wavefront in a defined axis; calculating a three-dimensional optical domain wavefront; and analyzing the resulting measurements did. Moire deflection diagrams are provided by Quiroga et al. One skilled in the art can use the teachings of Quiroga et al. To develop suitable software for extracting wavefront information from phase information in a flexure.

波面収差分析は、Zernike多項式の形で表現され得、この多項式は、当業者に公知のように、注文に応じたコンタクトレンズ、注文に応じたIOLなどの設計および製造のための旋盤または他のデバイスをプログラムするため、ならびにレーザー屈折手術において使用される切除パターンを開発するために、使用され得る。   Wavefront aberration analysis may be expressed in the form of a Zernike polynomial, which is known to those skilled in the art, such as a contact lens according to order, a lathe for design and manufacture of an IOL according to order or other It can be used to program the device as well as to develop ablation patterns used in laser refractive surgery.

本明細書中に記載されるデバイスは、切り離された波面収差を、焦点なし(二次)から五次を超えるまで、測定し得るので、このデバイスは、対象物フォロプターとしての別の有利な用途を有する。両眼用のデバイスがまた、本明細書中に開示される原理に基づいて、実施され得る。両眼の瞳孔測定法は、両方の瞳孔の挙動が組み合わせられるので、瞳孔の直径を測定するための好ましい方法である。   Since the device described herein can measure isolated wavefront aberrations from unfocused (secondary) to beyond the fifth order, this device is another advantageous application as an object phoropter. Have Binocular devices can also be implemented based on the principles disclosed herein. The binocular pupil measurement method is a preferred method for measuring pupil diameter because the behavior of both pupils is combined.

種々の有利な実施形態が、本発明を説明するために選択されたが、変化および改変が、添付の特許請求の範囲に規定されるような本発明の範囲から逸脱することなく、本発明においてなされ得ることが、当業者によって理解される。   While various advantageous embodiments have been selected to illustrate the present invention, changes and modifications may be made in the present invention without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that this can be done.

図1は、本発明の実施形態に従うモアレたわみ計の模式図である。FIG. 1 is a schematic view of a moire deflection meter according to an embodiment of the present invention. 図2は、周期的対象物のたわみのない(unaberrated)トールボット画像化の原理を例示する。FIG. 2 illustrates the principle of unfolded Talbot imaging of periodic objects. 図3は、周期的対象物のたわみのあるトールボット画像化を例示する。FIG. 3 illustrates Talbot imaging with periodic object deflection. 図4は、交差した正方形の周期的対象物のたわみのあるトールボット画像化を例示する。FIG. 4 illustrates Talbot imaging with deflection of intersecting square periodic objects. 図5は、第1の周期的対象物と第2の周期的対象物との間の相対的回転に起因する、モアレ効果を例示する。FIG. 5 illustrates the moire effect resulting from the relative rotation between the first periodic object and the second periodic object. 図6は、ひずんだトールボット画像と第2の周期的対象物の重ね合わせに起因する、モアレ効果を例示する。FIG. 6 illustrates the moire effect resulting from the superposition of the distorted Talbot image and the second periodic object. 図7は、本発明の実施形態に従うx−y平面における2つの交差したグリッドの間の相対的回転の模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of relative rotation between two intersecting grids in the xy plane according to an embodiment of the present invention. 図8は、本発明の実施形態に従う十字線と整列させた、試験中の光学システムの射出瞳のカメラ画像の模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram of a camera image of the exit pupil of the optical system under test, aligned with a crosshair according to an embodiment of the present invention.

Claims (32)

光学システムの波面収差を測定するためのデバイスであって、該デバイスは、該光学システムの選択された表面領域を照明するために適した光源と、該光学システムの該表面領域から散乱した該光源の照明をたわみ計構成要素へと指向するための光学リレーシステムであって、ここで該たわみ計構成要素は、モアレ縞パターンへと該光学システムからの波面を適合させる、光学リレーシステムと、該光学システムの射出瞳および該モアレ縞パターンを画像化および表示するように適合された、センサ/カメラアセンブリと、該光学システムの該波面収差を計算するように適合された縞パターン分析器とを備え、
該光学システムの該射出瞳を照明するための照明源;および
該デバイスの測定軸を該光学システムに一致して整列させるような様式で該照明源と協働するアラインメントシステム、
によって特徴づけられる、デバイス。
A device for measuring the wavefront aberration of an optical system comprising: a light source suitable for illuminating a selected surface area of the optical system; and the light source scattered from the surface area of the optical system An optical relay system for directing the illumination of the optical system to a deflection meter component, wherein the deflection meter component adapts the wavefront from the optical system to a moire fringe pattern; and A sensor / camera assembly adapted to image and display an exit pupil of the optical system and the moire fringe pattern, and a fringe pattern analyzer adapted to calculate the wavefront aberration of the optical system ,
An illumination source for illuminating the exit pupil of the optical system; and an alignment system that cooperates with the illumination source in a manner to align the measurement axis of the device in alignment with the optical system;
Characterized by the device.
前記光源からの光は、コヒーレント光である、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the light from the light source is coherent light. 前記光源からの光は、前記光学システムの前記選択された表面領域を照明する前に、約1mmまでの回折限界量より大きい断面直径を有する平行ビームの形態にある、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the light from the light source is in the form of a collimated beam having a cross-sectional diameter greater than a diffraction limit of up to about 1 mm before illuminating the selected surface area of the optical system. . 前記断面直径は、約300μと600μとの間である、請求項3に記載のデバイス。 The device of claim 3, wherein the cross-sectional diameter is between about 300 μ and 600 μ. 前記光源の照明は、前記光学システムの中心光軸からずれている入射伝搬軸を有する、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the illumination of the light source has an incident propagation axis that is offset from a central optical axis of the optical system. 前記ずれは約1mmである、請求項5に記載のデバイス。 The device of claim 5, wherein the deviation is about 1 mm. 前記光源の照明は、近IRスペクトルの波長を有する、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the illumination of the light source has a wavelength in the near IR spectrum. 前記波長は、約770nmと790nmとの間の範囲である、請求項7に記載のデバイス。 The device of claim 7, wherein the wavelength ranges between about 770 nm and 790 nm. 前記波長は約780nmである、請求項8に記載のデバイス。 The device of claim 8, wherein the wavelength is about 780 nm. 前記たわみ計は、直交方向において等しく周期的なグリッドラインを有する第1の正方形グリッドであって、該グリッドは、該直交グリッドラインならびに前記センサの水平軸および垂直軸を、該デバイスの基準座標系のx軸およびy軸に整列させるように、該センサと固定したアラインメント状態にある第1の正方形グリッドを備え、そして該第1の正方形グリッドに実質的に同一な第2の正方形をさらに備え、ここで該第1のグリッドおよび第2のグリッドは、間隔nTにおいて該基準座標系のz軸に沿って位置し、ここでnは、1以上の整数であり、Tは、トールボット距離であり、さらにここで該第2のグリッドは、該第1のグリッドに対して角度θでx−y平面において回転され、ここでθは0°<θ<90°である、請求項1に記載のデバイス。 The deflection meter is a first square grid having equally periodic grid lines in an orthogonal direction, the grid representing the orthogonal grid lines and the horizontal and vertical axes of the sensor with respect to the reference coordinate system of the device. A first square grid in fixed alignment with the sensor to align with the x-axis and y-axis of the sensor, and further comprising a second square substantially identical to the first square grid; Here, the first grid and the second grid are located along the z-axis of the reference coordinate system at an interval nT, where n is an integer greater than or equal to 1 and T is a Talbot distance. And wherein the second grid is rotated in the xy plane at an angle θ relative to the first grid, wherein θ is 0 ° <θ <90 °. Devices. 前記θは、1°≦θ≦10°である、請求項10に記載のデバイス。 The device according to claim 10, wherein θ is 1 ° ≦ θ ≦ 10 °. 前記たわみ計は、レーザーエッチングされたグリッドラインを有するガラス材料である、請求項10に記載のデバイス。 11. The device of claim 10, wherein the deflection meter is a glass material having laser etched grid lines. 前記センサはCCDカメラを含む、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the sensor comprises a CCD camera. 前記光学システムの前記射出瞳を照明するための前記照明源は、遠IRスペクトルの波長を有する、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the illumination source for illuminating the exit pupil of the optical system has a wavelength in the far IR spectrum. 前記波長は、約800nmと900nmとの間の範囲である、請求項14に記載のデバイス。 The device of claim 14, wherein the wavelength ranges between about 800 nm and 900 nm. 前記波長は約880nmである、請求項15に記載のデバイス。 The device of claim 15, wherein the wavelength is about 880 nm. 前記照明源は、照明モードおよび非照明モードを有する、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the illumination source has an illumination mode and a non-illumination mode. 前記照明源は、前記射出瞳を均一に照明するように適切に配置された発光デバイスの環の形態である、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the illumination source is in the form of a ring of light emitting devices that are suitably arranged to illuminate the exit pupil uniformly. 前記アラインメントシステムは、射出瞳の中心位置が十字線上にあることを確認するために、十字線の印を備える、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the alignment system comprises a crosshair marking to confirm that the center position of the exit pupil is on the crosshair. 前記十字線の印は、ソフトウェアにより実行される印である、請求項19に記載のデバイス。 The device according to claim 19, wherein the cross mark is a mark executed by software. 前記縞パターン分析器は、前記モアレ縞パターンのソフトウェア駆動フーリエ変換分析を実行するように適合された構成要素である、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the fringe pattern analyzer is a component adapted to perform software-driven Fourier transform analysis of the moire fringe pattern. 前記光学システムは、試験レンズであり、前記選択された表面領域は、該試験レンズの散漫に反射する後面の領域である、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the optical system is a test lens, and the selected surface area is a diffusely reflecting back area of the test lens. 前記光学システムは眼であり、前記選択された表面領域は、該眼の網膜表面の中心窩領域である、請求項1に記載のデバイス。 The device of claim 1, wherein the optical system is an eye, and the selected surface region is a foveal region of the retinal surface of the eye. 直交方向において等しく周期的な正方形グリッドラインを組み込んでいる、前記第1および第2の透過性材料は、同一のロンキー縞交差対である、請求項10に記載のデバイス。 11. The device of claim 10, wherein the first and second transmissive materials, incorporating square grid lines that are equally periodic in the orthogonal direction, are the same Ronchi stripe crossing pair. モアレたわみ計デバイスを使用して、光学システムの波面収差を測定するための方法であって、該方法は、以下の工程:
光源、センサ/カメラアセンブリ、縞パターン分析器、照明源、アラインメントシステム、ならびに第1および第2の正方形グリッドを備えるたわみ計構成要素を備えるデバイスを提供する工程であって、ここで該第1の正方形グリッドは、直交方向において等しく周期的なグリッドラインを有し、該第1の正方形グリッドは、該直交グリッドラインならびに該センサの平行軸および垂直軸を、該デバイスの基準座標系のx軸およびy軸に対して整列させるように、該センサと固定したアラインメントの状態にあり、さらにここで該第2の正方形グリッドは、該第1の正方形グリッドの距離nTだけ下流に位置し、ここでnは、1以上の整数であり、Tはトールボット距離であり、該第2のグリッドは、該第1のグリッドに対して角度θでx−y平面において固定して回転され、ここでθは0°<θ<90°である、工程;
該光学システムの射出瞳を、該照明源からの光で均一に照明する工程;
アラインメントの印を含む該射出瞳の画像を得る工程;
波面測定が行われる毎に、該射出瞳を、該アラインメントの印に対して一致して整列させる工程;
該光学システムの選択された散漫に反射する表面領域を、該光源によって提供される適切なサイズにされた光のスポットにより照明する工程;ならびに
波面収差データを得る工程、
を包含する、方法。
A method for measuring the wavefront aberration of an optical system using a moire deflectometer device, the method comprising the following steps:
Providing a device comprising a light source, a sensor / camera assembly, a fringe pattern analyzer, an illumination source, an alignment system, and a deflection meter component comprising first and second square grids, wherein the first The square grid has grid lines that are equally periodic in the orthogonal direction, the first square grid includes the orthogonal grid lines and the parallel and vertical axes of the sensor, the x-axis of the reference frame of the device, and In a fixed alignment with the sensor so as to align with the y-axis, where the second square grid is located downstream by a distance nT of the first square grid, where n Is an integer greater than or equal to 1, T is the Talbot distance, and the second grid is at an angle θ relative to the first grid x It is rotated and fixed in the y plane, where theta is 0 ° <θ <90 °, step;
Uniformly illuminating the exit pupil of the optical system with light from the illumination source;
Obtaining an image of the exit pupil including alignment marks;
Each time a wavefront measurement is made, the exit pupil is aligned and aligned with the alignment mark;
Illuminating selected diffusely reflecting surface areas of the optical system with a suitably sized spot of light provided by the light source; and obtaining wavefront aberration data;
Including the method.
前記射出瞳を均一に照明する工程は、発光源の環またはその少なくとも一部分を使用する工程を包含する、請求項25に記載の方法。 26. The method of claim 25, wherein uniformly illuminating the exit pupil comprises using a ring of light emitting sources or at least a portion thereof. 前記射出瞳を均一に照明する工程は、800〜900nmの範囲の波長を有する光を使用する工程を包含する、請求項25に記載の方法。 26. The method of claim 25, wherein illuminating the exit pupil uniformly comprises using light having a wavelength in the range of 800-900 nm. 前記射出瞳を均一に照明する工程は、約880nmの波長を有する光を使用する工程を包含する、請求項25に記載の方法。 26. The method of claim 25, wherein illuminating the exit pupil uniformly includes using light having a wavelength of about 880 nm. 前記射出瞳を一致して整列させる工程は、前記射出瞳の中心を、前記デバイスの測定軸に整列させる工程を包含する、請求項25に記載の方法。 26. The method of claim 25, wherein aligning and aligning the exit pupil includes aligning a center of the exit pupil with a measurement axis of the device. 前記射出瞳を一致して整列させる工程は、前記射出瞳を通る視軸を、前記デバイスの測定軸に対して整列させる工程を包含する、請求項25に記載の方法。 26. The method of claim 25, wherein aligning and aligning the exit pupil includes aligning a visual axis through the exit pupil with respect to a measurement axis of the device. 前記選択された散漫に反射する表面領域を照明する工程は、前記光学システムに平行なコヒーレントビームを直接射出する工程を包含する、請求項25に記載の方法。 26. The method of claim 25, wherein illuminating the selected diffusely reflecting surface area comprises directly emitting a coherent beam parallel to the optical system. 前記ビームは、約600〜1000μmの間の直径を有する、請求項25に記載の方法。 26. The method of claim 25, wherein the beam has a diameter between about 600 and 1000 [mu] m.
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